Fermentering af formalet majs ved forskellige temperaturer - laboratorieundersøgelse

Kernemajs høstet i Danmark indeholder typisk 35 - 42 % vand. Tørring til lagerfasthed er dyrt og der søges efter andre konserveringsmetoder, som f.eks. ensilering, gastæt silo eller fermentering. I Tyskland produceres en silo til lagring af fermenteret, formalet majs opblandet med vand til en vandprocent på ca. 50. Blandt fordelene ved systemet er, at udtagning fra siloen er automatiseret i modsætning til f.eks. ensilage, der kræver en håndtering i forbindelse med udtagning. Udtagning sker ved, at den fermenterede majsgrød fra bunden af siloen pumpes via et rør direkte over i vådfodertanken. En beskrivelse af siloen samt analyseresultater af fermenteret majs fra Tyskland kan ses i appendiks 1.

I en tysk afhandling fra 1989 [1] blev forskellige lagringsmetoder af byg og hvede sammenlignet, herunder vådfermentering med 50 - 60 % vand. Ved starten af lagringen blev der fundet bakteriekimtal på 107. Dette niveau blev reduceret til under 104 og 105 efter hhv. 90 og 146 dages fermentering. Der blev opnået pH-værdier på 3,5 - 3,8. En høj mælkesyreproduktion og derved lav pH-værdi medførte, at der ikke blev fundet svampekimtal over 103 CFU/g i nogen fase af forsøget. Der blev målt et tørstoftab på 6,5 % ved fermentering af byg mod tab i gastæt silo på 2,1 % i byg og 4,7 % i hvede.

En anden tysk afhandling fra 1988 [2] om konservering af CCM (corn cob majs)viste et fermenteringsforløb, hvor pH i løbet af 3 dage var nede på 4, hvorefter det faldt yderligere til 3,8.  Det højeste indhold af mælkesyre (5 - 6 % i tørstof) og eddikesyre (1 % i tørstof) var nået efter 20 - 25 dages fermentering. Materialet udvidede sig i starten og fyldte mest på dag 4, hvor fermenteringen var på sit højeste. Det anføres desuden, at vandprocenten bør være så tæt på 50 % som muligt, så grøden lige netop kan pumpes. Vandprocenter på 55 % og derover vil øge tørstoftabet. Der refereres forskellige undersøgelser af tørstoftab varierende fra 1 - 8 % På baggrund af fodringsforsøg vurderes det i afhandlingen, at det er muligt at lave udmærkede produktionsresultater på fermenteret CCM.

Det er velkendt, at der i majs er stor risiko for indhold af fusariumtoksiner. Det er blevet påvist, at bakterier fra forskellige miljøer (mavetarmkanalen fra forskellige dyr samt jord) kan afgifte eller binde mykotoksiner [3],[4].  Niderkorn et al. (2006) dokumenterede, at få specifikke mælkesyrebakteriestammer kan binde fusariumtoksiner. Fusariumtoksiner er meget stabile og det er tvivlsomt om de reduceres ved fermentering.

Som bidrag til beslutningsgrundlag før danske svineproducenter investerer i Ligavator-systemet, blev det besluttet at undersøge på laboratorieniveau, om og hvordan fermenteringsprocessen kan forløbe under vore koldere breddegrader, hvor høsttidspunktet desuden falder op til 1 måned senere end i Tyskland. 

Formålet med laboratorieforsøget var at simulere fermentering af formalet majs opblandet med koldt vand og ved temperaturer svarende til Danmark i oktober / november måned. Desuden måltes tørstoftab samt indhold af fusariumtoksiner før og efter fermentering ved 12 °C.

Der blev anvendt tør, formalet majs. Majsen blev blandet med koldt vand til en grød med 50 % tørstof. Der blev efterladt et lag vand på 3 cm ovenpå grøden til forsegling af grøden svarende til at praksis i en Ligavator-silo. Fermenteringen foregik i 1.000 ml. bægerglas i 5 uger under kontrollerede temperaturforhold ved enten 5 eller 12 °C. Glassene blev dækket med alufolie. Der blev lavet tre gentagelser ved hver temperatur. Til sammenligning af fermenteringsprofiler blev der lavet en tilsvarende gruppe med kernemajs ved 20 °C og en gruppe med byg/hvede ved 12 °C. Prøver til analyse blev udtaget som søjler lodret ned igennem grøden på dag 0, 2, 6, 13, 20, 27 og 34. Forsøgsgrupper og analyser fremgår af tabel 1 og 2.

Tabel 1. Forsøgsgrupper i laboratorieforsøg med fermenteret majs

   
Tabel 2. Analysespecifikation

Fermenteringstemperaturerne 5, 12 og 20 °C blev målt løbende og lå stabilt i hele forsøgsperioden.

Det viste sig, at forseglingen med 3 cm vand over grøden blev delvist ”suget” ned i de øverste lag. Dette var dog temperaturafhængigt, således at der ved 5 og 12 °C var væske over grøden i hele forsøgsperioden (5 uger), mens der ved 20 °C ikke var mere overfladevæske efter ca. 17 dage, hvorefter der kom synlig skimmeludvikling på overfladen. Dette har påvirket den mikrobiologiske kvalitet negativt i gruppen ved 20 °C. Hændelsen viser, at det i praksis er vigtigt, at der er et tilstrækkeligt tykt lag vand øverst, hvilket også var erfaringerne i Tyskland.

Resultaterne viser, at der foregik en fermentering ved alle tre temperaturer, hvilket ses af udviklingen i pH, figur 1. pH faldt fra ca. 6 til ca. 4, hvor det stabiliserede sig. pH-faldet var som forventet temperaturafhængigt, således at pH-faldet forløb over 2 dage ved 20 °C, over 4 - 5 dage ved 12 °C, mens det tog 13 dage ved 5 °C. pH-værdierne stabiliserede sig på 3,9 - 4,1 i prøverne inkuberet ved 5 og 12 °C og på 3,7 - 3,9 i prøverne ved 20 °C. Tilsyneladende var der samme forløb ved fermentering af majs ved 12 °C som ved byg/hvede ved 12 °C.

 
Figur 1. Udviklingen i pH ved fermentering ved forskellige temperaturer i 5 uger

Antallet af mælkesyrebakterier toppede efter 5 dage ved 20 °C, 5 dage ved 12 °C og 13 dage ved 5 °C, figur 2 og 3. Antallet af mælkesyrebakterier steg til værdier på ca. 9 log cfu / g i alle prøver for bagefter at falde til log 8 - 8,5 log cfu / g i løbet af forsøgsperioden. Niveauerne svarer til normal-niveauer i vådfoder, se appendiks 1.

     
Figur 2. Udvikling i mælkesyrebakterier i majs fermenteret ved               Figur 3. Udvikling i mælkesyrebakterier i korn fermenteret
forskellige temperaturer                                                                          ved 12 °C

Indholdet af mælkesyre toppede temperaturafhængigt efter ca. 1 uge ved 20 °C, ca. 2 uger ved 12 °C og ca. 4 uger ved 5 °C. Koncentrationen af mælkesyre stabiliserede sig ved 50 - 60 mM ved både 5 og 12 °C, mens den var oppe på 60 - 100 mM ved 20 °C og i fermenteret korn, figur 4 og 5. Niveauerne svarer til normalværdier målt i vådfoder, men ligger væsentligt under de tyske prøver, se appendiks 1.

      
Figur 4. Udvikling i mælkesyre i majs fermenteret ved                      Figur 5. Udvikling i mælkesyre i korn fermenteret ved 12 °
forskellige temperaturer

Eddikesyre lå på et relativt lavt niveau ved både 5 og 12 °C, hvor det stabiliseredes på 10 - 14mM. Ved 20 °C var indholdet af eddikesyre jævnt stigende i hele forsøgsperioden og lå på 40 mM ved sidste måling, figur 6. I korn ved 12 °C steg koncentrationen af eddikesyre til 40 mM, figur 7. Niveauerne svarer til normalniveauer i vådfoder, men når ikke de meget høje niveauer i de tyske prøver, se appendiks 1.

  
Figur 6. Udvikling i eddikesyre i majs fermenteret ved forskellige           Figur 7. Udvikling i eddikesyre i korn fermenteret ved 12 °C
temperaturer

Alle øvrige resultater på mikrobiologi og organiske syrer er vist i appendiks 2.  Ligesom mælkesyrebakterier voksede gær hurtigere ved stigende temperatur, til niveauer på 7 - 8 log cfu / g i alle prøver. Dette er et relativt højt niveau. Enterobakterier var målbare i hele perioden med laveste værdier ved lave temperaturer. Der var skimmelsvampe i majsen fra start (log 3,5 - 4 cfu / g). Niveauet blev lidt reduceret ved 5 °C, hvorimod de voksede til log 5 - 6 cfu / g ved 12 og 20 °C. Indholdet af skimmel i kornblandingen var under detektionsgrænsen. Clostridium perfringens var under detektionsgrænsen (log 2 cfu / g) i prøverne inkuberet ved 5 og 12 °C (på nær to måletidspunkter). Mens majs ved 20 °C havde vækst af Cl. perfringens fra dag 13 til dag 34 med niveauer mellem 3,6 og 5,7 log cfu / g.

Indhold af enterobakterier, skimmel og Cl. Perfringens er tegn på en dårlig mikrobiologisk kvalitet. Kvaliteten var bedst ved lave temperaturer.

Der var ingen eller lave niveauer af øvrige organiske syrer, på nær at der blev dannet smørsyre i majs fermenteret ved 20 °C. Dannelse af smørsyre steg fra dag 13 svarende til den viste vækst af clostridier, der sammen med andre mikroorganismer medvirker til dannelse af smørsyre. 
Smørsyre er uønsket i fermenteret majs og tegn på for dårlig konservering.

Den forringede mikrobiologiske kvalitet sammenholdt med det i starten af afsnittet beskrevne problem med, at det forseglende vandlag blev suget ned i majsgrøden, tyder på, at det ikke helt er lykkedes at efterligne forholdene i en Ligavator-silo.

Fermenteringsprofilerne i laboratorieforsøget målt som indhold af mælkesyrebakterier og organiske syrer lignede ikke indholdet målt i hjemtagne prøver fra to tyske Ligavator-siloer. De lignede til gengæld normalværdier fra vådfoder og fermenteret korn, ligesom de lignede profiler målt i andre undersøgelser af fermenteret majs og korn.

Tab af tørstof forekommer ved fermentering, hvis der ved fermenteringen dannes gasser, som fordamper. Det er hovedsageligt kuldioxid, der dannes ved nedbrydning af kulhydrater og mælkesyre. Tørstoftabet blev målt til 8,8 %, hvilket er et stort tab. I ældre undersøgelser er der målt tab på mellem 1 og 8 % [1], [2].

Indholdet af fusariumtoksiner var for DON ca. 2.000 µg / kg, zearalenon ca. 200 µg / kg og nivalenol 200 µg / kg.  Disse niveauer blev ikke ændret ved fermentering i 5 uger ved 12 °C. Indholdet af HT2, T2, FB2 og FB1 var under detektionsgrænsen.  

Resultaterne viste, at formalet majs opblandet med vand til 50 % tørstof fermenterede spontant ved både 5, 12 og 20 °C, idet pH i løbet af nogle dage stabiliseredes på ca. 4. Fermenteringen var temperaturafhængig, således at pH-faldet forløb over 13 dage ved 5 °C, over 4 - 5 dage ved 12 °C, mens det kun tog 2 dage ved 20 °C. pH-værdierne stabiliserede sig på 3,9 - 4,1 i prøverne fermenteret ved 5 og 12 °C og på 3,7 - 3,9 i prøverne fermenteret ved 20 °C.

Den mikrobiologiske kvalitet, målt som antal skimmelsvampe, enterobakterier og Clostridium perfringens, var bedst ved de lave temperaturer, på trods af at koncentrationen af organiske syrer var lavest ved 5 og 12 °C. Den mikrobiologiske kvalitet var generelt ikke god, hvilket muligvis skyldes, at forsegling med 3 cm vand under laboratorieforhold er ringere end forsegling med 1 m vand i praksis i en 20 m høj silo. 

Ved fermentering ved 12 °C blev der målt et tørstoftab på 8,8 %, hvilket er højere end set i andre undersøgelser. Der blev ikke set effekt af fermentering på indhold af fusariumtoksiner.

Undersøgelsen viste, at fermentering af formalet majs ved 5 - 12 °C, svarende til danske forhold i oktober til december godt kan forløbe og at lav temperatur medvirker til at opretholde den mikrobiologiske kvalitet. Der er imidlertid risiko for et stort tørstoftab ved opbevaring af fermenteret majs.

Beskrivelse af Ligavator, samt analyseresultater af fermenteret majs fra Tyskland

I Bayern producerer firmaet Lipp en vandtæt stålsilo, kaldet Ligavator, foto 1. Siloen er på indersiden beklædt med rustfrit stål således, at den er syrefast og dermed ikke tæres af organiske syrer produceret ved fermentering. Systemet går ud på, at majsen umiddelbart efter høst formales, foto 2, og tilsættes vand til en tilstræbt tørstofprocent på 50 % Denne majsgrød pumpes ind, foto 3, via en studs nederst i siloen. Vægtfylden af majsgrøden er høj og ligger på 1.200 kg pr. m3. Da massen således er tungere end vand, vil evt. overskydende vand samles i toppen af siloen. Herfra kan det pumpes væk. Der efterlades et lag vand til forsegling af majsen. Siloen er overdækket, men ikke lufttæt i toppen.
    

          
Foto 1. Ligavator silo fra firmaet Lipp        Foto 2.  Majsen formales lige efter høst på       Foto 3. Den formalede majs blandes med
til opbevaring af formalet, fermenteret      en traktordrevet slaglemølle                              vand og pumpes ind i siloen med en 
majs                                                                                                                                    traktordrevet snekkepumpe

   
Ifølge firmaet Lipp ligger håndværket i selve indlægningen, hvor den rette konsistens / tørstofprocent skal styres. Hvis der er forskelle i konsistensen under indlægning i siloen vil disse forskelle ikke udligne sig, men lægge sig lagvis i siloen. Man skal desuden være opmærksom på at materialet udvider sig 3 - 5 % i starten af lagringsperioden. Materialet holdes anaerobt ved, at der ligger 1 - 1,5 m vand øverst i siloen.

Ligavator-systemet anvendes i Tyskland bl.a. til CCM (Corn Cob Majs) som anvendes enten til foder eller til biogas. Ifølge firmaet Lipp er der 200 - 300 anlæg hos svineproducenter i Tyskland.

Majsprøver fra to Ligavator-siloer i Tyskland blev analyseret på DJF, Foulum. Prøverne havde en speciel lugt, især prøverne anvendt til foder lugtede stærkt og meget gennemtrængende, men den tyske svineproducents erfaring gennem syv år var, at grisene gerne åd det. Analyseresultaterne fremgår af nedenstående tabel 1.

Tabel 1. Analyser af fermenteret CCM fra Tyskland. Til sammenligning er vist normale værdier kendt fra vådfoder og fermenteret korn. (CFU = colony forming units)

Analyserne af de tyske prøver viste en meget anderledes profil i forhold til normalt dansk vådfoder. Indhold af mælkesyrebakterier var meget lavere og gær var under detektionsgrænsen. Der var et højt indhold af mælkesyre og et meget højt indhold af eddikesyre. Der var mere propionsyre end normalt i vådfoder og et højt indhold af ethanol på trods af, at der ikke var gær. Resultaterne skal ses i lyset af, at fermenteringstiden har været lang (fra høst i oktober til prøveudtagning i januar), og at den mikrobielle aktivitet formentlig er bremset. 

Udvikling af mikrobiologi og organiske syrer i majs fermenteret ved 5, 12 og 20 °C og i en hvede-/bygblanding ved 12 °C
     

  
  Figur 1. Udvikling i enterobakterier i majs fermenteret ved                     Figur 2. Udvikling i enterobakterier i korn fermenteret 
  forskellige temperaturerdescription                                                         ved 12 °C 
  

 
  Figur 3. Udvikling i gær i majs fermenteret ved forskellige                   Figur 4. Udvikling i gær i korn fermenteret ved 12 °C
  temperaturer
  

       
  Figur 5. Udvikling i Cl. perfringens i majs fermenteret ved                     Figur 6. Udvikling i Cl. perfringens i korn fermenteret
  forskellige temperaturer                                                                         ved 12 °C
  

 
  Figur 7. Udvikling i skimmelsvampe i majs fermenteret ved                 Figur 8. Udvikling i skimmelsvampe i korn fermenteret
  forskellige temperaturerved 12 °C
  

   
  Figur 9. Udvikling i myresyre i majs fermenteret ved forskellige           Figur 10. Udvikling i myresyre i korn fermenteret ved 12 °C
  temperaturer
  

             
  Figur 11. Udvikling i propionsyre i majs fermenteret ved                      Figur 12. Udvikling i propionsyre i korn fermenteret ved 12 °C
  forskellige temperaturer
   

            
  Figur 13. Udvikling i smørsyre i majs fermenteret ved                        Figur 14. Udvikling i smørsyre i korn fermenteret ved 12 °C
  forskellige temperaturer
   

   
  Figur 15. Udvikling i ravsyre i majs fermenteret ved forskellige             Figur 16. Udvikling i ravsyre i korn fermenteret ved 12 °C
  temperaturer
  

                 
  Figur 17. Udvikling i ethanol i majs fermenteret ved                          Figur 18. Udvikling i ethanol i korn fermenteret ved 12 °C
  forskellige temperaturer